[发明专利]动态导通阻抗自动化提取电路及自动化提取方法

说明书

本发明公开了一种基于AlGaN/GaN HEMT器件的高频高压动态导通阻抗自动化提取电路，供电单元一通过串联负载给器件漏极供电，电流监测单元一测量通过器件的电流，驱动单元一为器件提供所需的调制驱动；供电单元二通过恒流源给Q1供电，Q1的栅极与驱动单元二连接，电流监测单元二用于测量通过Q1的电流，驱动单元二为Q1提供驱动，与驱动单元一信号同步，电压监测单元一用于测量Q1漏极电压，电压监测单元二用于测量器件栅极电压。并公开导通阻抗自动化提取方法。本发明采用隔离测量法测量导通阻抗，电路结构简单，监测电压始终为低压；采用双二极管背靠背连接法使二极管的前向导通压降一致；采用特定的极小结电容二极管，可使测量频率与实际电路设计工作频率相同。

技术领域

本发明涉及一种基于AlGaN/GaN HEMT器件的高频高压动态导通阻抗自动化提取电路及自动化提取方法。

背景技术

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)是继硅基和碳化硅基MOSFET之后的新一代宽禁带半导体器件，拥有硅基无可比拟的优越性能，比碳化硅基也要更好，且成本比碳化硅基更便宜。AlGaN/GaN器件具备宽禁带、极化效应和导带不连续性等特点，使得AlGaN/GaNHEMT器件能够制备出具有高耐压、大电流、高耐温、高频、强抗干扰等优越性能的场效应晶体管。AlGaN/GaN HEMT器件目前是一个新的领域，未来必将引领场效应晶体管的新方向，继续延续摩尔效应的市场规律。

AlGaN/GaN材料自身的自发极化以及晶格常数差异所带来的压电极化和导带不连续性而形成天然的体密度高达1019量级的高浓度二维电子气，使得其导通阻抗非常低。在结构方面，因为二维电子气的存在，AlGaN/GaN HEMT器件在设计时就不用过多地考虑导通阻抗的问题，且层间材料禁带宽、介电常数高，从而可以将结电容控制到非常低的水平，比如AlGaN/GaN HEMT器件的输入电容(Ciss)、输出电容(Coss)和反馈电容(Crss)通常分别在数十pF、数十pF、数pF量级，远低于硅基和碳化硅基MOSFET的上千pF、上百pF、上百pF量级，因而在高频性能方面表现卓越。另一方面，宽禁带还带来更低的泄漏电流，这使得其更适合应用于高功率密度、高开关频率的场合。更高频率的出现将使电路应用设计变得更加轻薄化，而具有极小寄生电容的AlGaN/GaN HEMT器件还能同时获得更高的工作效率。

另一方面，目前GaN、AlGaN材料生长产生的高密度缺陷仍困扰着该产业的发展，致使AlGaN/GaN HEMT器件存在一系列的可靠性问题，电气性能主要表现为电流崩塌、动态导通阻抗增加、Kink效应以及栅、漏延迟等。这些可靠性的问题再加上AlGaN/GaN HEMT器件独特的高电压、大电流特点，使得目前基于硅基和碳化硅基MOSFET的测试设备和测量方法都变得不太适用，这必将在AlGaN/GaN HEMT器件产业化的同时还催生一系列新的测试表征方案和设备。比如，为了消除AlGaN/GaN HEMT器件在测试过程中的自热效应，因其高电压、大电流，就需要更小的百ns级脉冲宽度，而在高压和大电流下同时要实现百ns级脉冲宽度就是一个难点。

动态导通阻抗增加是AlGaN/GaN HEMT器件独有的问题之一，主要是由高场下俘获效应引起，也是存在的高密度缺陷带来的困扰。动态导通阻抗的增加将会抵消其导通阻抗小的特点，使得AlGaN/GaN HEMT器件在高频开关电源及相似的领域中使用时的功耗增加，频率越高、漏极关态电压越高，该动态导通阻抗还呈现越高的趋势。因此，提取AlGaN/GaNHEMT器件的动态导通阻抗就非常重要。